JPH06234563A

JPH06234563A - セラミック顆粒の製造方法

Info

Publication number: JPH06234563A
Application number: JP5055701A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsuno; 真也松野; Yuichi Hori; 雄一堀
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-12-16
Filing date: 1993-03-16
Publication date: 1994-08-23

Abstract

(57)【要約】【目的】流動性に優れ、低い加圧力でセラミック粒子大
近くまで潰れ、均一かつ緻密な成形体が成形できる顆粒
表面に陥没した凹部のない真球状のセラミック顆粒を得
る。【構成】セラミック原料粉末に媒体とベタイン系の界面
活性剤を所定量加え、ボールミルにて所定時間混合した
後、結合剤を所定量加えて更に混合攪拌しながらｐＨを
調整し、得られたスラリー状の懸濁液を噴霧乾燥機によ
り顆粒状に造粒して加圧成形用のセラミック顆粒を得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はセラミック顆粒の製造方
法の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりセラミック成形体の成形方法と
して、乾式の加圧成形法が寸法精度に優れ、比較的簡便
に量産できる成形方法として広く採用されていた。

【０００３】しかしながら、近年、電子材料用セラミッ
クスの技術進歩は著しく、該電子材料用セラミックスに
要求される組織の均一性や緻密性の向上のため、使用す
るセラミック原料粉末は微細かつ粒度分布が広範囲に拡
がらず、その粒子が揃っていることを要求されるように
なってきた。

【０００４】その結果、セラミック原料粉末の流動性が
悪くなり成形型中に均一に充填して加圧成形することが
困難となり、セラミック成形体の嵩密度や加圧成形時の
圧力分布にバラツキを生じて成形歩留りが悪くなった
り、焼結体の組織の均一性や緻密性が損なわれるという
問題があった。

【０００５】そこで、セラミック原料粉末に流動性を付
与して前記問題を解消するために、セラミック原料粉末
をスラリー状の懸濁液とし、該懸濁液を噴霧乾燥機等で
直径が約２０μｍ〜２００μｍの顆粒に予め造粒するこ
とが行われている。

【０００６】ところが、前記噴霧乾燥機等による造粒方
法は、スラリー状の懸濁液を高温の容器内に噴霧して急
速に乾燥して造粒することから、造粒前のセラミック原
料粉末に比較して流動性が良好なセラミック顆粒を得る
ことができるものの、乾燥時に急激な水の蒸発が起こ
り、そのために図３に示すようにセラミック顆粒３の表
面の一部が陥没して凹部４を生じた非真球状となり易
く、その上、顆粒自体が硬くなって加圧しても顆粒が潰
れ難く、図４に示すように成形体表面５においても顆粒
同士の境界６が残留したり、前記凹部の跡７が残留し、
それらに起因して得られた焼結体の物性、特に機械的強
度を著しく低下させるという欠点を有していた。

【０００７】そこで係る欠点を解消するために、セラミ
ック原料粉末を水溶液中に分散し、凝集剤やｐＨ調整剤
を使用してスラリー状の懸濁液の粘度を調節したり、噴
霧乾燥時の乾燥速度を遅くする手段を講じる等により陥
没のない、潰れ易い真球状のセラミック顆粒を得んとす
る提案がなされている（特開昭６３−２７４６４７号公
報、特公平４−６２７７４号公報参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような噴霧乾燥法によるセラミック顆粒の製造方法で
は、なるほど得られるセラミック顆粒は真球状で流動性
に優れてはいるものの、加圧成形にはなお１〜３ｔ／ｃ
ｍ²もの高い加圧力を加えなければ均一かつ緻密な成形
体が得られず、低い加圧力で効率良く成形することが困
難であり、その上、該懸濁液は、経時変化により著しく
その特性が変化するため、噴霧乾燥が長時間に及ぶ場
合、噴霧乾燥直後と終了直前では得られたセラミック顆
粒の特性が大きく異なり、その特性のバラツキが大きい
という課題があった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、前記課題を解決せんとしてな
されたもので、その目的は陥没した凹部がほとんどな
く、流動性に優れ、低い加圧力でセラミック粒子大近く
まで潰れて効率良く成形できる真球状のセラミック顆粒
が得られ、製造工程において前記懸濁液の経時変化がな
く、均一な特性を有するセラミック顆粒が得られる製造
方法を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミック顆粒
の製造方法は、セラミック原料粉末に結合剤、媒体及び
０．０５〜０．１５重量％のベタイン系の界面活性剤を
添加混合してスラリー状の懸濁液とし、次いで該懸濁液
を噴霧乾燥することを特徴とするものであり、とりわけ
該懸濁液はその降伏値が０．１〜３．０Ｐａの範囲が望
ましいものである。

【００１１】前記ベタイン系の界面活性剤としては、既
存化学物質番号Ｎｏ．２−１２９１で指定されるアルキ
ルベタイン系（以下、ＡＢ系と略記する）や、既存化学
物質番号Ｎｏ．７−３１３で指定されるイミダゾリニウ
ムベタイン系（以下、ＩＺＢ系と略記する）等が挙げら
れる。

【００１２】また、前記ベタイン系の界面活性剤の含有
量が、０．０５重量％より少ないと前記懸濁液を噴霧乾
燥して造粒しても顆粒表面の一部が陥没して凹部を生
じ、真球状とならず、また、逆に前記含有量が０．１５
重量％を越えると、懸濁液の粘度が著しく増大し、噴霧
乾燥し難くなるため、前記含有量は０．０５〜０．１５
重量％に特定され、特に分散剤を含有しない場合は０．
０９〜０．１３重量％がより好ましく、分散剤を含有す
る場合には０．０６〜０．０９重量％がより望ましい。

【００１３】

【作用】本発明のセラミック顆粒の製造方法では、スラ
リー状の懸濁液がベタイン系の界面活性剤を０．０５〜
０．１５重量％含有することから、該スラリー状の懸濁
液はニュートン流体から塑性流体に変化し、噴霧時のい
わゆる剪断力を加えた時には見掛け粘度が低く、乾燥時
の剪断力を加えない時には見掛け粘度が高くなって、媒
体の蒸発に伴いセラミック原料粉末中の微粉が顆粒表面
に移行するのが抑えられて多孔な状態が維持され、顆粒
が通気性を有し、その結果、顆粒内部の圧力が増加せず
に乾燥が進むため、最終的に顆粒がその表面に陥没した
凹部のない真球状となるように作用する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明のセラミック顆粒の製造方法を
実施例に基づき詳細に説明する。まづ、セラミック原料
粉末の主成分に、焼結助剤としてアルカリ土類金属元素
（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等）の酸化物や炭酸塩、イットリア
（Ｙ₂Ｏ₃）、希土類元素（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、
Ｓｍ等）の酸化物等を添加し、媒体を水としてベタイン
系の界面活性剤を所定量加え、ボールミルにて所定時間
混合する。

【００１５】次いで、結合剤を所定量加えて更に混合攪
拌しながら、スラリー状の懸濁液のｐＨを調整し、得ら
れた懸濁液を噴霧乾燥機により顆粒状に造粒して加圧成
形用のセラミック顆粒とする。

【００１６】前記セラミック原料粉末は、主成分として
アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）等の
酸化物系セラミックス及び窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）、炭
化珪素（ＳｉＣ）等の非酸化物系セラミックスのいずれ
にも適用でき、適宜、周知の前記焼結助剤等を添加する
ことも可能であり、それらセラミック原料粉末の平均粒
子径は、通常６μｍ以下、望ましくは０．５〜３μｍ程
度が良い。

【００１７】また、前記スラリー状の懸濁液の濃度とし
ては、水等の媒体中のセラミック原料粉末の量が、容積
比で１０％より少ないと噴霧乾燥する時間が長くなって
不経済であり、一方、５５％より多いと懸濁液の粘度が
著しく大きくなるため噴霧し難くなる。よって前記濃度
は容積比で１０〜５５％の範囲が好ましい。

【００１８】一方、セラミック原料粉末と結合剤、媒体
及び前記界面活性剤の分散、混合は、媒体中にセラミッ
ク原料粉末が均一に分散、混合し得る方法であればいず
れの方法でも良く、例えば撹拌機による機械撹拌、或は
ボールミルやアトライター、ヘンシェルミキサー等によ
る混合等が挙げられる。

【００１９】また前記結合剤としては、セラミック原料
粉末から成るスラリー状の懸濁液を噴霧乾燥して造粒す
るのに使用される公知のものがいずれも適用できるが、
一般にポリビニルアルコール、ポリアクリル酸エステ
ル、流動パラフィン、ポリエチレングリコール、ポリビ
ニルブチラール等が挙げられる。

【００２０】尚、本発明のセラミック顆粒の製造方法に
おいては、前記結合剤の配合量としてセラミック原料粉
末１００重量部に対して２〜８重量部であることがより
望ましい。

【００２１】更に、噴霧乾燥前のスラリー状の懸濁液の
ｐＨは、調整剤として硝酸や塩酸、硫酸等の酸または各
種塩基性物質を用い、８．５〜９．５に調整することが
望ましい。

【００２２】噴霧乾燥法としては、回転ディスク法、加
圧ノズル法等があり、いずれの方法でも良いが、造粒し
たセラミック顆粒の粒度分布が広範囲に拡がらず顆粒が
揃っているという観点からは、回転ディスク法を採用す
ることが望ましい。

【００２３】また、噴霧乾燥により造粒した顆粒の平均
粒径が２０μｍより小さいと流動性が著しく悪くなって
セラミック成形体の嵩密度や成形時の圧力分布にバラツ
キを生じやすく、一方、２５０μｍより大きいと小型の
複雑な形状の成形体を得ることが困難となったり、成形
時の加圧力を１ｔ／ｃｍ²以上に高くしないとセラミッ
ク顆粒が潰れ難いことから、その平均粒径は２０μｍ〜
２５０μｍの範囲内が望ましい。

【００２４】次に、本発明のセラミック顆粒の製造方法
を評価するにあたり、平均粒径が２．１μｍの高純度ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末にシリカ（ＳｉＯ₂）、カル
シア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等を主成分とす
る焼結助剤を添加混合したものと、平均粒径が１．０μ
ｍの窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）粉末に焼結助剤としてイッ
トリア（Ｙ₂Ｏ₃）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等を添加
混合したものをそれぞれ酸化物系、非酸化物系のセラミ
ック原料粉末とし、該セラミック原料粉末１００重量部
に水７０重量部を加え、その合計量に対して前記ＡＢ
系、及びＩＺＢ系の界面活性剤をそれぞれ表１〜３に示
す割合で添加し、更に分散剤としてアクリル酸・メタク
リル酸の共重合体を添加したものと添加しないものの２
種類をそれぞれボールミルにて４０時間攪拌混合してス
ラリー状の懸濁液を得た後、該懸濁液に結合剤としてア
クリル系樹脂を６重量部添加して１時間攪拌混合した。

【００２５】尚、この段階で塩酸またはアンモニア水を
用いｐＨの調整を行った後、懸濁液の降伏値をＣａｓｓ
ｏｎｐｌｏｔ法により、またその粘度をＥ型粘度計で
それぞれ測定した。

【００２６】また、界面活性剤としてアクリル酸エステ
ル（以下、ＰＡＥと略記する）を含有させた懸濁液を使
用して造粒したセラミック顆粒による評価試料を比較例
とした。以上の結果を表１〜３に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】かくして得られた懸濁液を回転ディスク型
噴霧乾燥機に供給し、噴霧乾燥してセラミック顆粒を造
粒した。得られたセラミック顆粒をＪＩＳ規格の篩によ
る篩別法で測定したところ、平均粒径は６０μｍであっ
た。

【００３１】次いで、前記セラミック顆粒を走査型電子
顕微鏡により３００倍の倍率で写真撮影し、図１に示す
ようにセラミック顆粒１の表面状態を調査して該顆粒１
に陥没した凹部のないもの、該凹部が３個以下のもの、
同じく４個以上のものの３段階に分け、それぞれ○、
△、×で評価した。

【００３２】その後、前記セラミック顆粒を用いて外径
２３ｍｍの円板成形用金型により表１に示す加圧力で円
板状成形体をプレス成形し、該円板状成形体の表面を走
査型電子顕微鏡により５００倍の倍率で写真撮影して図
２に示すようにセラミック成形体表面２におけるセラミ
ック顆粒の潰れ状態を調査し、顆粒同士の境界の有無で
評価した。以上の評価結果を表４〜６に示す。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】

【表６】

【００３６】尚、本発明は前記詳述した実施例に何ら限
定されるものではない。

【００３７】

【発明の効果】叙上の如く、本発明のセラミック顆粒の
製造方法は、ベタイン系の界面活性剤を含有し、スラリ
ー状の懸濁液を長時間、噴霧乾燥してセラミック顆粒を
造粒しても、流動性に優れ、低い加圧力でセラミック粒
子大近くまで潰れて均一かつ緻密な成形体を成形できる
陥没した凹部がほとんどない真球状のセラミック顆粒が
得られるため、焼成時の収縮率が小さく内部欠陥の少な
いセラミック焼結体を効率良く得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセラミック顆粒の製造方法により得た
セラミック顆粒を３００倍に拡大した図である。

【図２】図１の本発明の製造方法により得たセラミック
顆粒を用いた成形体の表面を５００倍に拡大した図であ
る。

【図３】従来のセラミック顆粒の製造方法により得たセ
ラミック顆粒を３００倍に拡大した図である。

【図４】図３の従来の製造方法により得たセラミック顆
粒を用いた成形体の表面を５００倍に拡大した図であ
る。

【符号の説明】

１セラミック顆粒２セラミック成形体表面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック原料粉末に結合剤と媒体を添加
混合し、スラリー状の懸濁液とした後、該懸濁液を噴霧
乾燥するセラミック顆粒の製造方法において、前記懸濁
液がベタイン系の界面活性剤を０．０５〜０．１５重量
％含有することを特徴とするセラミック顆粒の製造方
法。
【請求項２】前記懸濁液の降伏値が０．１〜３．０Ｐａ
であることを特徴とする請求項１記載のセラミック顆粒
の製造方法。